Astronet > 4.6 Konvekciya

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Fizicheskie osnovy stroeniya i evolyucii zvezd

<< 4.5 Ustoichivost' teplovogo potoka | Oglavlenie | 5. Yadernye reakcii >>

4.6 Konvekciya

Uravneniya ravnovesiya pozvolyayut issledovat' ustoichivost' zvezdy otnositel'no szhatiya ili rasshireniya bez perestanovki sloev. Iz variacionnogo principa my znaem, chto pri $\gamma>4/3$ energiya imeet minimum, zvezda ustoichiva otnositel'no takih vozmushenii. Sleduyushii vopros -- ustoichiva li ona otnositel'no perestanovki sloev. Sfericheski- simmetrichnymi dvizheniyami v predelah gidrodinamiki nevozmozhno perestavit' sloi veshestva: poyavlyayutsya beskonechnye $P,\;\rho$ . Poetomu neobhodimy bolee slozhnye dvizheniya.

Ris. 24.

Rassmotrim, naprimer, ravnovesie dvuh neszhimaemyh zhidkostei s razlichnoi plotnost'yu (voda i rtut'), ris. 24. Situaciya, v kotoroi bolee tyazhelaya zhidkost' nahoditsya sverhu, mozhet byt' ustoichivoi otnositel'no ploskih dvizhenii, no, rassmatrivaya bolee shirokii klass vozmushenii, naprimer oprokidyvanie, poluchim vyigrysh energii. Takim obrazom, kartina ustoichiva tol'ko togda, kogda snizu nahoditsya bolee tyazhelaya zhidkost'.

Z a d a ch a 1. Prover'te eto metodom malyh vozmushenii.

Z a d a ch a 2. Prover'te, chto i v sluchae sfericheski-simmetrichnogo raspredeleniya neskol'ko neszhimaemyh zhidkostei raznoi plotnosti gravitacionnaya energiya $G\int mdm/r$ minimal'na, kogda vnutri bolee plotnaya neszhimaemaya zhidkost'.

V zvezdah plotnost' padaet s vysotoi. Eto eshe ne znachit, chto oni obyazatel'no ustoichivy otnositel'no perestanovok sloev. Dlya otveta na vopros ob ustoichivosti my dolzhny privesti dva raznyh elementa k odinakovomu davleniyu i sravnit' ih plotnosti. Esli pri etom plotnost' podnyatogo elementa okazhetsya men'she, to takoe raspredelenie plotnosti neustoichivo. Rassmotrim, naprimer, odnoatomnyi gaz:

$\displaystyle \rho=e^{-aS/{\cal{R}}}\,P^{3/5},$

gde

-- entropiya, ${\cal{R}}$ -- universal'naya gazovaya postoyannaya. Esli dva elementa privesti k odinakovomu davleniyu, to, ochevidno, meroi plotnosti, a znachit i velichinoi, ot kotoroi zavisit kriterii ustoichivosti, budet entropiya

etih elementov. Pri adiabaticheskih smesheniyah entropiya sohranyaetsya i raspredelenie budet ustoichivym, kogda

rastet s vysotoi, tak kak pri etom podnyavshiisya element okazhetsya tyazhelee okruzhayushego gaza. Takim obrazom, pri

konfiguraciya ustoichiva, pri

-- neustoichiva. V chastnosti, izotermicheskaya atmosfera vsegda ustoichiva, no adiabaticheskoe raspredelenie (

) nahoditsya na grani ustoichivosti.

Obychno , t.e. dlya ustoichivosti neobhodimo

$\displaystyle {dS\over dr}={\left({\partial S\over \partial T}\right)}_P\,{dT\over dr}+{\left( {\partial S\over \partial P}\right)}_T\,{dP\over dr}>0.$

Otsyuda poluchaem uslovie na gradient temperatury

$\displaystyle \left\vert{dT\over dr}\right\vert<\left\vert{{\left({\partial S\o... ...al T)}_P}\right\vert\equiv{\left\vert{dT\over dr} \right\vert}_{\mbox{adiab}}.$

Pri dannom uravnenii sostoyaniya temperatura dolzhna padat' ne slishkom bystro, ne bystree adiabaticheskogo gradienta ${\vert dT/dr\vert}_{\mbox{adiab}}$ . V protivnom sluchae zamena sloev energeticheski vygodna. Naimen'shee znachenie adiabaticheskii gradient dostigaet v oblasti ionizacii -- vsya energiya idet na ionizaciyu. Obychno eti oblasti konvektivno neustoichivy.

Ris. 25.

V oblasti, gde luchistoe ravnovesie daet , voznikaet neustoichivost', poetomu zadachu prihoditsya reshat' v dva priema. Snachala predpolozhim, chto konvekcii net, reshim zadachu o luchistom perenose i naidem ravnovesnoe raspredelenie. V rezul'tate poluchim raspredelenie entropii . V oblastyah, gde rastet s radiusom, reshenie ustoichivo, no tam, gde padaet, nuzhno skonstruirovat' novoe reshenie s konvektivnym perenosom energii (sm. ris. 25). V oblasti konvekcii prakticheski const.

Vneshnyaya konvektivnaya zona nablyudaetsya na blizhaishei k nam zvezde -- Solnce. Nalichie etoi zony privodit k ryadu zamechatel'nyh yavlenii. Poyavlyayushiisya v rezul'tate konvekcii mehanicheskii potok energii nagrevaet koronu do temperatury poryadka K i privodit k istecheniyu solnechnogo vetra. Vzaimodeistvie konvekcii i vrasheniya privodit k generacii magnitnogo polya, obrazovaniyu pyaten i aktivnosti Solnca. Eti interesnye yavleniya sostavlyayut predmet otdel'noi nauki -- fiziki solnechnoi aktivnosti, kotoraya vyhodit za ramki nashego kursa. Nuzhno tol'ko pomnit', chto Solnce -- samaya obychnaya i ochen' spokoinaya zvezda. Na drugih zvezdah mogut proishodit' podobnye yavleniya ili eshe bolee moshnye. Po-vidimomu, nekotorye iz nih my nablyudaem v vide vspyshek karlikovyh zvezd (analogichnyh hromosfernym vspyshkam na Solnce), no bol'shinstvo iz nih poka nedostupny nashim priboram. Razvitie nablyudenii, naprimer, rentgenovskoi astronomii skoro sdelaet eti problemy nasushnymi dlya fiziki zvezd.

<< 4.5 Ustoichivost' teplovogo potoka | Oglavlenie | 5. Yadernye reakcii >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy Publikacii so slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Sm. takzhe: Pererabotka veshestva v Kassiopee A NGC 7789: Roza Karoliny Planetarnaya tumannost' NGC 2818 ot Habbla Nauchnaya konferenciya "Nablyudaemye proyavleniya evolyucii zvezd" v SAO RAN Planetarnye tumannosti Proshlye i budushie zvezdy Andromedy Tumannost' Ozherel'e Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce